污水处理中污染物的回收利用技术解析

3月22日是世界水日，今年的主题是whywastewater，我们尤其发售俞汉青教授在2015年公开发表在《nature》上的一篇文章。“污水是资源”在近年来早已沦为行业共识。在这篇文章中，俞汉青教授以技术语言为读者刻画了这样的图景:一座中国的日处理量十万吨的污水处理厂，通过应用于新技术，每年可以贡献180万美元的利润，而应用于常规工艺，每年则要消耗460万美元的成本。

那么是什么不会减缓“资源工厂”的来临？在俞老师显然，政府的经济政策，产业政策和技术引领至关重要。前言对生活和工业废水展开必要处置并展开饮用、灌溉等再行利用，其成本是便宜的。

仅有处置来自烹调、洗净、洗手和公共卫生的家庭灰水，就要占有全球3％的电力消耗，并获释全球5％的非二氧化碳温室气体废气（主要是甲烷）。工业废水的处置成本更高。随着世界人口的快速增长，发展中国家渐渐继续执行更加严苛的水质标准，这些成本将在未来十年之后减少。如果能从废水中捕捉有价值的化学品，还包括碳、氮和磷，将能重复使用一些经济成本。

例如，污水处理厂可以利用甲烷产生电力而不是全然消耗它。使用新兴技术可以有效地重复使用磷肥和铵肥料。但是，是什么妨碍了“废水资源工厂”的创建？工艺不确定性、哪些技术是最简单的，以及如何展开技术人组，都有可能沦为行进道路上的绊脚石。

本文阐述了对生活污水中的污染物展开重复使用再行利用的方案，如何将如今每年须要花费数百万美元的污水处理厂摇身一变为每年产值多达100万美元的能源大户。如果能将类似于的方案应用于更加多样化的工业废水，将不会带给更好的益处。废水中的价值生活污水中有我们日常生活产生的各种废弃物，粪便、脂肪、食物残渣、洗涤剂和药物。在化学方面，1立方米的生活废水所含300～600gCOD，40～60g氮（以铵和有机化合物的形式），5～20g磷（磷酸盐和有机化合物），10～20g硫（主要是硫酸盐）和痕量的重金属离子。

在过去的一个世纪，大部分生活废水都用于好氧的“活性污泥法”展开处置，在氧气和细菌的联合起到下，水解污染物,这种方法非常简单，对除去有机化合物、氮和磷有效地。但活性污泥法消耗极大的能源，并获释碳足迹。一个10万吨/天的中型的污水处理厂消耗的电力与中国城镇5000人（每立方米废水大约0.6KWh）非常，并且每天的碳足迹相等于6000辆家用汽车的二氧化碳排放量。

最关键的是，废水中有机物含有的能量被大量浪费，氮和磷都是生产肥料的原材料。通过重新加入钙、铁或铝盐溶解，90％的磷最后挖出在填埋场中，这种沉淀物无法被植物吸取，并且常常还受到剧毒金属污染。

某种程度，多达80％的氮通过微生物转化成为氮气而损失。该过程还产生大量的“滑污泥”（5～10千克每立方米处置水）。

潮湿和处理（在陆地或填埋场）或烧毁这些污泥占到处置设施总成本的30～50％。一些污水厂对污泥展开厌氧消化。在氧气的情况下，微生物将简单的有机物质分解成更加非常简单的有机分子，然后将其转化成为甲烷。通过自燃甲烷以产生电和热，厌氧消化可抵销活性污泥法20~30％的能量和温室气体成本。

但消化过程较慢，一般来说必须10～20天。新兴工艺的发展将厌氧工艺必要应用于生活废水可以几乎反败为胜这些成本，甚至产生过量的能量，但是目前在环境温度和低浓度的有机物下，厌氧工艺是不限于的。两种新技术正在尝试展开这方面的突破。第一种技术是厌氧膜生物反应器（AnMBR）。

它用于多孔膜来逗留和稀释液体（还包括颗粒有机物质和产生甲烷气体的较慢生长的微生物）和污水中90%以上的沉淀有机物。通过缩短材料的水解时间，每立方米污水可产生25～100％的甲烷。

然后，可以通过气体或真空技术对90％以上的沉淀态甲烷展开萃取（浓度为10～20毫克/升），整个过程的耗电仅有必须0.05KWh/m3。AnMBR技术已在几个案例中顺利用作生活污水处理。

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